Des chercheurs ont découvert une protéine très prometteuse qui, selon une étude récente, possède une formidable capacité à protéger l’ADN. Ces travaux pourraient servir de base au développement de nouvelles technologies très prometteuses dans de nombreux domaines, à commencer par la médecine et la bio-ingénierie.
La protéine en question, DDRC (Protéine C réparatrice des dommages à l’ADN), a été découvert dans le corps d’une bactérie commune appelée Déinocoque radioduransCette espèce se caractérise par la résilience exceptionnelle de son patrimoine génétique ; son ADN est capable d’absorber 5 000 à 10 000 fois la dose de radiation qui tuerait une cellule humaine.
Cette capacité est en grande partie due à un processus de réparation de l’ADN endommagé. Dans l’absolu, ce n’est pas inhabituel : presque toutes les cellules vivantes ont accès à de tels systèmes, y compris celles des humains. Sans ce mécanisme, même le très faible rayonnement ambiant auquel nous sommes tous constamment exposés provoquerait d’énormes dégâts.
Qu’est-ce qui fait D. radiodurans unique, c’est l’étonnante efficacité avec laquelle il est capable de réparer son propre matériel génétiqueChez l’homme, deux ruptures dans un milliard de paires de bases (les éléments constitutifs de l’ADN) suffisent à provoquer la mort d’une cellule ; les bactéries, en revanche, sont capables de régénérer des centaines de fragments d’ADN endommagés pour reconstruire un génome cohérent.
Pour illustrer la dimension presque miraculeuse de cette superpuissance, les chercheurs ont trouvé une analogie basée sur le football américain. C’est comme un joueur de la NFL qui joue tous ses matchs sans casque ni protection, qui subit des commotions cérébrales et des fractures osseuses, mais qui récupère miraculeusement chaque soir avant l’entraînement du lendemain. » explique l’un des auteurs. L’équipe a donc cherché à déterminer l’origine de ce mécanisme, et cette investigation les a rapidement conduits à la protéine DdrC.
Un phare génétique au service de la cellule
Mais ce n’était que le début. Le défi était de comprendre comment ce petit polymère pouvait accomplir un travail aussi spectaculaire. Et c’est beaucoup plus facile à dire qu’à faire, car déterminer la fonction précise d’une protéine simplement en l’observant est notoirement difficile.
Pour les aider, les auteurs ont toutefois pu compter sur un outil très précieux : le Centre canadien de rayonnement synchrotron, ou CLS. Il s’agit d’un synchrotron, un accélérateur de particules qui utilise des champs magnétiques pour propulser des particules chargées, comme les électrons, à une vitesse proche de celle de la lumière. Dans ces conditions, ces particules émettent un puissant rayonnement électromagnétique à large spectre : le rayonnement synchrotron.
Il est utilisé dans de nombreuses disciplines, de la science des matériaux à la biologie structurale en passant par la chimie et la médecine, pour obtenir des images très détaillées d’objets minuscules ou des réactions auxquelles ils participent. Et c’est précisément ce que les auteurs ont fait avec leur DdrC ; grâce au CLS, ils ont pu étudier son comportement et ses interactions sous toutes les coutures.
Grâce au synchrotron, les auteurs ont pu observer que la protéine se déplace le long d’un brin d’ADN jusqu’à ce qu’elle détecte une cassure, après quoi elle se referme sur elle-même comme une souricière. À partir de là, la protéine agit comme un pansement génétique temporaire, empêchant le brin d’ADN de se désintégrer à cause de la cassure. Mais surtout, elle agit comme un petit signal d’alarme qui indique à la machinerie de réparation de la cellule d’intervenir au plus vite. Ce système de signalisation améliore considérablement le maintien de l’ADN des bactéries par rapport aux cellules humaines.
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Un exemple rare de protéine autonome
Mais un dernier élément la rend unique. Les protéines isolées ont tendance à ne servir à rien. En général, les différents types de protéines forment des réseaux très complexes qui leur permettent de travailler ensemble. Cette complémentarité est essentielle pour mettre en place les chaînes de réactions nécessaires à la réalisation de fonctions spécifiques au sein de la cellule. Mais DdrC semble faire exception à la règle : les observations des chercheurs ont montré qu’elle peut remplir sa fonction toute seule, sans avoir besoin d’autres protéines.
Pour les chercheurs, il s’agissait d’une perspective très enthousiasmante dans ce contexte. En effet, l’ADN est pratiquement universel dans la vie telle que nous la connaissons ; sur le papier, il suffirait donc de transférer DdrC dans une autre cellule pour améliorer massivement sa capacité à réparer son propre matériel génétique, sans avoir besoin d’identifier des dizaines d’autres protéines impliquées dans la reconstitution d’un ballet parfaitement coordonné.
Pour tester leur théorie, les auteurs ont transféré la DdrC à une autre bactérie, E. coli, un organisme modèle très courant en biologie. Et les résultats ont été tout simplement spectaculaires. « À notre grande surprise, la procédure a rendu la bactérie 40 fois plus résistante aux rayons UV », expliquent les auteurs. Il semble qu’il s’agisse d’un exemple rare d’une protéine qui fonctionne véritablement comme une machine autonome. »
Fort potentiel en médecine
En théorie, cela signifie que l’ADN de n’importe quel organisme pourrait être rendu beaucoup plus résistant en y transférant le gène responsable de la production de DdrC. Ce type de manipulation génétique pourrait permettre de créer de nouvelles variantes extrêmement résistantes de plantes largement cultivées. Selon les auteurs, la protéine pourrait même ouvrir la voie à une vaccin contre le cancer, une maladie qui survient lorsqu’une cellule génétiquement endommagée devient incontrôlable.
» La capacité de réorganiser, de modifier et de manipuler l’ADN de manière spécifique est le Saint Graal de la biotechnologie. « , expliquent les auteurs. » Et si vous disposiez d’un système d’analyse comme DdrC qui patrouillerait vos cellules et neutraliserait les dommages lorsqu’ils se produiraient ? Cela pourrait constituer la base d’un éventuel vaccin contre le cancer. »
Bien évidemment, nous sommes encore loin d’y parvenir ; il faudra d’abord vérifier que DdrC est capable de faire son travail dans des conditions diverses et variées pour déterminer si les conclusions de l’équipe sont généralisables. Mais il s’agit néanmoins d’une découverte très prometteuse qui pourrait déboucher sur de superbes applications pratiques à moyen et long terme. Il faudra donc suivre les prochaines études qui se concentreront sur ce petit objet au potentiel énorme.
Le texte de l’étude est disponible ici.
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